レーザ加工機のビームモード自動選択装置
【課題】 レーザ加工機のレーザ共振装置において、レーザビームの外径寸法を規制してビームモードを自動的に選択する装置を提供する。
【解決手段】 レーザ発振装置１００は、筐体１１０内でレーザビームＬＢを発振させて、出力レンズ１３０を介して加工トーチ１０へ供給する。レーザビームＬＢの軸心に直交する方向に設けられるビームモード自動選択装置２００は、リニアガイドで案内される絞り部材２２０を有する。ハウジング２１０の外部に設けるシリンダ２４０により駆動されるピストンロッド２４４は一方の極性を有する永久磁石２５０を駆動する。絞り部材２２０にとりつけた他方の極性を有する永久磁石２３０は、非接触で駆動され、絞り部材２２０の開口部２２２，２２４を自動的に選択する。
【解決手段】 レーザ発振装置１００は、筐体１１０内でレーザビームＬＢを発振させて、出力レンズ１３０を介して加工トーチ１０へ供給する。レーザビームＬＢの軸心に直交する方向に設けられるビームモード自動選択装置２００は、リニアガイドで案内される絞り部材２２０を有する。ハウジング２１０の外部に設けるシリンダ２４０により駆動されるピストンロッド２４４は一方の極性を有する永久磁石２５０を駆動する。絞り部材２２０にとりつけた他方の極性を有する永久磁石２３０は、非接触で駆動され、絞り部材２２０の開口部２２２，２２４を自動的に選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機におけるレーザビームの径を自動的に変更してビームモードを選択するビームモード自動選択装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、レーザ共振器から出力されるレーザビーム径とビームモードの関係及び加工効率に与える影響を示す説明図である。
全体を符号１で示すレーザ共振器内で発生したレーザビームＬＢは、折り返しミラー５により折り返されてレーザ加工用のトーチ１０へ投入される。トーチ１０内には、集光レンズ２０が配設されており、ほぼ平行光線状のビームとして投入されるレーザビームを集光し、ノズル３０からワーク（加工物）Ｗ１，Ｗ２上に焦点を合わせてワークＷ１，Ｗ２に対してレーザ加工を施す。
【０００３】
図５（ａ）に示すように、ワークＷ１の厚さ寸法が大であるとき、例えば鋼板で板厚が２５ｍｍ〜６ｍｍ程度のときは、共振器１から出力されるレーザビームＬＢの径寸法Ｄ１を大きくする。レーザビームＬＢの径寸法を大きくとると、レーザビームのエネルギーを示すビームモードは、いわゆるマルチモードＭＭを形成する。
このマルチモードＭＭにあっては、ワークＷ１上に集光される集光スポットが大きくなる。この径寸法が大きな集光スポットにより大量のエネルギーがワークＷ１上に投入され、厚板のワークＷ１を高速でかつ高品質に加工することができる。
【０００４】
一方、図５の（ｂ）に示すように、ワークＷ２の厚さ寸法が小であるとき、例えば、鋼板で板厚が６ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のときは、共振器１から出力されるレーザビームＬＢの径寸法Ｄ２を小さくする。レーザビームＬＢの径寸法Ｄ２を小さくすると、レーザビームのエネルギーを示すレーザモードは、いわゆるシングルモードＳＭを形成する。
このシングルモードＳＭにあっては、ワークＷ２上に集光される集光スポットが小さくなる。この径寸法が小さな集光スポットにより、ワークＷ２上の一点にエネルギー集中し、薄のワークＷ２を高速でかつ高品質に加工することができる。
なお、下記の特許文献は、出力モードの切替装置を開示している。
【特許文献１】特開平８−１９８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この大きなレーザビーム径Ｄ１を得るには、共振器１内に内径寸法が大きなアパーチャーと称する絞り部材Ａ１を装備することにより達成できる。同様に、小さなレーザビーム径Ｄ２を得るには、共振器１内に内径寸法が小さなアパーチャーＡ２を装備することにより達成できる。
本発明の目的は、レーザ加工機において加工すべきワークの板厚や材質等に応じて自動的にアパーチャーの径寸法を選択する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置は、基本的な手段として、レーザ加工機のレーザ共振装置の筐体内に配置されてレーザビームの外径寸法を絞るための複数の異なる内径寸法を有する絞り部材と、絞り部材を案内する装置と、絞り部材にとりつけられる一方の磁極性を有する永久磁石と、レーザ共振装置の筐体の外側に設けられる駆動装置と、駆動装置にとりつけられて絞り部材の永久磁石に対向する他方の極性有する永久磁石を備える。
そして、絞り部材を案内する装置はリニアガイドが使用され、駆動装置はピストン・シリンダである。
また、ロータリーアーム状の絞り部材を案内する装置は回転軸受が使用され、駆動装置はパルスモータであることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置は、以上の手段を備えることにより、真空状態であってレーザガスが封入されるレーザ発振装置の筐体内に絞り部材を配設し、筐体の外部から非接触で絞り部材を操作し、安全かつ確実にレーザビームのモードを選択することができる。そこで、加工条件に最適なビームモードを自動的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置の概要を示す説明図、図２は、絞り部材の正面図である。
全体を符号１００で示すレーザ発振装置は、筐体１１０を有し、筐体内は真空状態に保たれてレーザガスが封入される。筐体１１０内には、反射ミラー等の光学系１２０が配設され、レーザビームＬＢが発振させる。
レーザビームＬＢは、発振装置の出力レンズ１３０から図示しない光路側へ出力され、光路内の折り返しミラー５によりトーチ１０側へ送られる。
トーチ１０へ入力されたレーザビームは、集光レンズ２０で集光され、ノズル３０からワークＷ上へ照射される。
【０００９】
全体を符号２００で示すビームモード自動選択装置は、反射ミラー等で構成されるレーザ発振機の筐体１１０に対して垂直方向に延びるケーシング２１０を有し、ケーシング２１０内にガイドレール２１２が設けられる。
このガイドレール２１２に対してリニアガイド２１４が摺動自在に支持され、リニアガイド２１４に対して板状の絞り部材２２０がとりつけられる。
【００１０】
図２にも示すように、絞り部材２２０は、第１の開口部２２２と第２の開口部２２４を有する。第１の開口部２２２は、マルチモードの出力モードに対応する大口径Ｄ１に形成され、第２の開口部２２４は、シングルモードの出力に対応する小口径Ｄ２に形成される。
絞り部材２２０は、リニアガイド２１４の反対側の面に一方の極性（Ｓ）をもつ永久磁石２３０がとりつけられる。
ケーシング２１０を挟んで、絞り部材２２０に平行にシリンダ２４０が設けられる。シリンダ２４０内のピストン２４２は、例えばエアで駆動される。
ピストンロッド２４４の先端には、他方の極性（Ｎ）をもつ永久磁石２５０がとりつけられる。
【００１１】
ピストンロッド２４４とともに永久磁石２５０が移動すると、ケーシング２１０内の永久磁石２３０が追従し、絞り部材２２０もガイドレール２１２上を摺動する。
この作動により絞り部材の第１の開口部２２２と第２の開口部２２４を選択的にレーザビームの発振光路系に挿入することができる。したがって、レーザビームＬＢの口径をマルチモードを発生させる口径とシングルモードを発生させる口径に任意に切り替えることができる。
【００１２】
そこで、レーザ加工機のＮＣプログラム内にワークの板厚，材質，加工条件等に対応して、ビームモードを自動選択する機能を付加することにより、最適なビームモードを自動的に選択することができる。
そこで、最適な加工条件により、高速かつ高品質なレーザ加工を施すことができる。
【００１３】
本発明のビームモード自動選択装置は、レーザビーム発振光学系のケーシングの内部に絞り部材を装備し、ケーシングの外部に配設したアクチュエータにより、非接触で絞り部材を操作することができる。そこで、ビームモードの変更もスムーズであり、また安定したビームモードを得ることができる。
【００１４】
図３，図４は、本発明の他の実施例を示す説明図である。
レーザビーム発振装置３００は、レーザ発振器のエンドプレート３１０を有し、エンドプレート３１０の一端側にレーザ発振光路系の光路管３２０がとりつけられる。
エンドプレート３１０の他端側には、レーザミラー３３０が設けられる。そして、このエンドプレート３１０に設けられる空間３５０の開口部にビームモード自動選択装置４００がとりつけられる。
【００１５】
レーザモード自動選択装置４００は、エンドプレート３１０の開口部３５０に対向してとりつけられるハウジング４１０を有する。ハウジング４１０には、軸受４４２を介して回転軸４４０が回転自在にとりつけられる。回転軸４４０には、ロータリーアーム４３０が旋回動自在にとりつけられる。
【００１６】
図４に示すように、ロータリーアーム４３０は、径寸法が異なるアパーチャーを形成する複数の開口部４３２，４３４，４３６が形成される。
本実施例にあっては、３個の開口部を備えるが、開口部の個数は任意に設定することができる。
回転軸の端部には円筒状の一方の極性（Ｓ）を有する永久磁石４５０がとりつけられる。永久磁石４５０の外側にはケーシング４２０がとりつけられ、ケーシングの内部は、エンドプレート３１０の空間３５０に連通される。
ハウジング４１２にとりつけられるパルスモータ４６０の出力軸４６２には、他方の極性（Ｎ）を有する永久磁石４７０がとりつけられる。この永久磁石４７０は、ケーシング４２０を挟んで非接触に永久磁石４５０に対向する。
パルスモータ４６０の回転は、永久磁石４７０を介してロータリーアーム４３０側の永久磁石４５０に伝達され、任意のアパーチャーを選択することができる。
【００１７】
本発明は以上のように、高真空度に維持され、必要なガスが封入されるレーザ共振器の筐体内部に配設される絞り部材を、筐体外部に装備される駆動手段により非接触で操作する。
従って、レーザ共振器内の雰囲気に影響を与えることなく、レーザ加工機のビームモードを自動的に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例を示す説明図。
【図２】絞り部材の正面図。
【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】絞り部材の正面図。
【図５】ビームモードの説明図。
【符号の説明】
【００１９】
１０ レーザ加工トーチ
２０ 集光レンズ
３０ ノズル
１００ レーザ発振装置
１１０ 筐体
１２０ 反射ミラー
１３０ 出力レンズ
２００ ビーム自動選択装置
２１２ レール
２１４ リニアガイド
２２０ 絞り部材
２２２，２２４ 開口部（アパーチャー）
２３０ 永久磁石
２４０ シリンダ
２４２ ピストン
２４４ ピストンロッド
２５０ 永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機におけるレーザビームの径を自動的に変更してビームモードを選択するビームモード自動選択装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、レーザ共振器から出力されるレーザビーム径とビームモードの関係及び加工効率に与える影響を示す説明図である。
全体を符号１で示すレーザ共振器内で発生したレーザビームＬＢは、折り返しミラー５により折り返されてレーザ加工用のトーチ１０へ投入される。トーチ１０内には、集光レンズ２０が配設されており、ほぼ平行光線状のビームとして投入されるレーザビームを集光し、ノズル３０からワーク（加工物）Ｗ１，Ｗ２上に焦点を合わせてワークＷ１，Ｗ２に対してレーザ加工を施す。
【０００３】
図５（ａ）に示すように、ワークＷ１の厚さ寸法が大であるとき、例えば鋼板で板厚が２５ｍｍ〜６ｍｍ程度のときは、共振器１から出力されるレーザビームＬＢの径寸法Ｄ１を大きくする。レーザビームＬＢの径寸法を大きくとると、レーザビームのエネルギーを示すビームモードは、いわゆるマルチモードＭＭを形成する。
このマルチモードＭＭにあっては、ワークＷ１上に集光される集光スポットが大きくなる。この径寸法が大きな集光スポットにより大量のエネルギーがワークＷ１上に投入され、厚板のワークＷ１を高速でかつ高品質に加工することができる。
【０００４】
一方、図５の（ｂ）に示すように、ワークＷ２の厚さ寸法が小であるとき、例えば、鋼板で板厚が６ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のときは、共振器１から出力されるレーザビームＬＢの径寸法Ｄ２を小さくする。レーザビームＬＢの径寸法Ｄ２を小さくすると、レーザビームのエネルギーを示すレーザモードは、いわゆるシングルモードＳＭを形成する。
このシングルモードＳＭにあっては、ワークＷ２上に集光される集光スポットが小さくなる。この径寸法が小さな集光スポットにより、ワークＷ２上の一点にエネルギー集中し、薄のワークＷ２を高速でかつ高品質に加工することができる。
なお、下記の特許文献は、出力モードの切替装置を開示している。
【特許文献１】特開平８−１９８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この大きなレーザビーム径Ｄ１を得るには、共振器１内に内径寸法が大きなアパーチャーと称する絞り部材Ａ１を装備することにより達成できる。同様に、小さなレーザビーム径Ｄ２を得るには、共振器１内に内径寸法が小さなアパーチャーＡ２を装備することにより達成できる。
本発明の目的は、レーザ加工機において加工すべきワークの板厚や材質等に応じて自動的にアパーチャーの径寸法を選択する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置は、基本的な手段として、レーザ加工機のレーザ共振装置の筐体内に配置されてレーザビームの外径寸法を絞るための複数の異なる内径寸法を有する絞り部材と、絞り部材を案内する装置と、絞り部材にとりつけられる一方の磁極性を有する永久磁石と、レーザ共振装置の筐体の外側に設けられる駆動装置と、駆動装置にとりつけられて絞り部材の永久磁石に対向する他方の極性有する永久磁石を備える。
そして、絞り部材を案内する装置はリニアガイドが使用され、駆動装置はピストン・シリンダである。
また、ロータリーアーム状の絞り部材を案内する装置は回転軸受が使用され、駆動装置はパルスモータであることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置は、以上の手段を備えることにより、真空状態であってレーザガスが封入されるレーザ発振装置の筐体内に絞り部材を配設し、筐体の外部から非接触で絞り部材を操作し、安全かつ確実にレーザビームのモードを選択することができる。そこで、加工条件に最適なビームモードを自動的に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明のレーザ加工機のビームモード自動選択装置の概要を示す説明図、図２は、絞り部材の正面図である。
全体を符号１００で示すレーザ発振装置は、筐体１１０を有し、筐体内は真空状態に保たれてレーザガスが封入される。筐体１１０内には、反射ミラー等の光学系１２０が配設され、レーザビームＬＢが発振させる。
レーザビームＬＢは、発振装置の出力レンズ１３０から図示しない光路側へ出力され、光路内の折り返しミラー５によりトーチ１０側へ送られる。
トーチ１０へ入力されたレーザビームは、集光レンズ２０で集光され、ノズル３０からワークＷ上へ照射される。
【０００９】
全体を符号２００で示すビームモード自動選択装置は、反射ミラー等で構成されるレーザ発振機の筐体１１０に対して垂直方向に延びるケーシング２１０を有し、ケーシング２１０内にガイドレール２１２が設けられる。
このガイドレール２１２に対してリニアガイド２１４が摺動自在に支持され、リニアガイド２１４に対して板状の絞り部材２２０がとりつけられる。
【００１０】
図２にも示すように、絞り部材２２０は、第１の開口部２２２と第２の開口部２２４を有する。第１の開口部２２２は、マルチモードの出力モードに対応する大口径Ｄ１に形成され、第２の開口部２２４は、シングルモードの出力に対応する小口径Ｄ２に形成される。
絞り部材２２０は、リニアガイド２１４の反対側の面に一方の極性（Ｓ）をもつ永久磁石２３０がとりつけられる。
ケーシング２１０を挟んで、絞り部材２２０に平行にシリンダ２４０が設けられる。シリンダ２４０内のピストン２４２は、例えばエアで駆動される。
ピストンロッド２４４の先端には、他方の極性（Ｎ）をもつ永久磁石２５０がとりつけられる。
【００１１】
ピストンロッド２４４とともに永久磁石２５０が移動すると、ケーシング２１０内の永久磁石２３０が追従し、絞り部材２２０もガイドレール２１２上を摺動する。
この作動により絞り部材の第１の開口部２２２と第２の開口部２２４を選択的にレーザビームの発振光路系に挿入することができる。したがって、レーザビームＬＢの口径をマルチモードを発生させる口径とシングルモードを発生させる口径に任意に切り替えることができる。
【００１２】
そこで、レーザ加工機のＮＣプログラム内にワークの板厚，材質，加工条件等に対応して、ビームモードを自動選択する機能を付加することにより、最適なビームモードを自動的に選択することができる。
そこで、最適な加工条件により、高速かつ高品質なレーザ加工を施すことができる。
【００１３】
本発明のビームモード自動選択装置は、レーザビーム発振光学系のケーシングの内部に絞り部材を装備し、ケーシングの外部に配設したアクチュエータにより、非接触で絞り部材を操作することができる。そこで、ビームモードの変更もスムーズであり、また安定したビームモードを得ることができる。
【００１４】
図３，図４は、本発明の他の実施例を示す説明図である。
レーザビーム発振装置３００は、レーザ発振器のエンドプレート３１０を有し、エンドプレート３１０の一端側にレーザ発振光路系の光路管３２０がとりつけられる。
エンドプレート３１０の他端側には、レーザミラー３３０が設けられる。そして、このエンドプレート３１０に設けられる空間３５０の開口部にビームモード自動選択装置４００がとりつけられる。
【００１５】
レーザモード自動選択装置４００は、エンドプレート３１０の開口部３５０に対向してとりつけられるハウジング４１０を有する。ハウジング４１０には、軸受４４２を介して回転軸４４０が回転自在にとりつけられる。回転軸４４０には、ロータリーアーム４３０が旋回動自在にとりつけられる。
【００１６】
図４に示すように、ロータリーアーム４３０は、径寸法が異なるアパーチャーを形成する複数の開口部４３２，４３４，４３６が形成される。
本実施例にあっては、３個の開口部を備えるが、開口部の個数は任意に設定することができる。
回転軸の端部には円筒状の一方の極性（Ｓ）を有する永久磁石４５０がとりつけられる。永久磁石４５０の外側にはケーシング４２０がとりつけられ、ケーシングの内部は、エンドプレート３１０の空間３５０に連通される。
ハウジング４１２にとりつけられるパルスモータ４６０の出力軸４６２には、他方の極性（Ｎ）を有する永久磁石４７０がとりつけられる。この永久磁石４７０は、ケーシング４２０を挟んで非接触に永久磁石４５０に対向する。
パルスモータ４６０の回転は、永久磁石４７０を介してロータリーアーム４３０側の永久磁石４５０に伝達され、任意のアパーチャーを選択することができる。
【００１７】
本発明は以上のように、高真空度に維持され、必要なガスが封入されるレーザ共振器の筐体内部に配設される絞り部材を、筐体外部に装備される駆動手段により非接触で操作する。
従って、レーザ共振器内の雰囲気に影響を与えることなく、レーザ加工機のビームモードを自動的に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例を示す説明図。
【図２】絞り部材の正面図。
【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】絞り部材の正面図。
【図５】ビームモードの説明図。
【符号の説明】
【００１９】
１０ レーザ加工トーチ
２０ 集光レンズ
３０ ノズル
１００ レーザ発振装置
１１０ 筐体
１２０ 反射ミラー
１３０ 出力レンズ
２００ ビーム自動選択装置
２１２ レール
２１４ リニアガイド
２２０ 絞り部材
２２２，２２４ 開口部（アパーチャー）
２３０ 永久磁石
２４０ シリンダ
２４２ ピストン
２４４ ピストンロッド
２５０ 永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工機のレーザ共振装置の筐体内に配置されてレーザビームの外径寸法を絞るための複数の異なる内径寸法を有する絞り部材と、絞り部材を案内する装置と、絞り部材にとりつけられる一方の磁極性を有する永久磁石と、レーザ共振装置の筐体の外側に設けられる駆動装置と、駆動装置にとりつけられて絞り部材の永久磁石に対向する他方の極性有する永久磁石を備えるレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【請求項２】
絞り部材を案内する装置はリニアガイドであって、駆動装置はピストン・シリンダである請求項１記載のレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【請求項３】
ロータリーアーム状の絞り部材を案内する装置は回転軸受であって、駆動装置はパルスモータである請求項１記載のレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【請求項１】
レーザ加工機のレーザ共振装置の筐体内に配置されてレーザビームの外径寸法を絞るための複数の異なる内径寸法を有する絞り部材と、絞り部材を案内する装置と、絞り部材にとりつけられる一方の磁極性を有する永久磁石と、レーザ共振装置の筐体の外側に設けられる駆動装置と、駆動装置にとりつけられて絞り部材の永久磁石に対向する他方の極性有する永久磁石を備えるレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【請求項２】
絞り部材を案内する装置はリニアガイドであって、駆動装置はピストン・シリンダである請求項１記載のレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【請求項３】
ロータリーアーム状の絞り部材を案内する装置は回転軸受であって、駆動装置はパルスモータである請求項１記載のレーザ加工機のビームモード自動選択装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５９２７２（Ｐ２００６−１５９２７２Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５７９３５（Ｐ２００４−３５７９３５）
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００１１４７８７）ヤマザキマザック株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１０日（２００４．１２．１０）
【出願人】（０００１１４７８７）ヤマザキマザック株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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